5G網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用之路上的絆腳石

在 5G 商業(yè)化方興未艾之際，對于 5G 能給我們這個日益互聯(lián)的世界帶來哪些影響，人們充滿憧憬。

事實上，隨著 5G技術(shù)得到更廣泛的部署，今后十年我們預(yù)計將看到消費者、企業(yè)和經(jīng)濟的面貌被 5G 功能重塑一新。

盡管擁有這樣的變革潛力，但性能、功耗、覆蓋、成本等問題仍然是橫亙在 5G網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用之路上的絆腳石。

應(yīng)對重重挑戰(zhàn)

著眼于性能，在中頻段上低于 6GHz 的大規(guī)模 MIMO 無線電（32T32R 和 64T64R）是全球各地以波束成形為中心的 5G NR 部署的主導(dǎo)形態(tài)。

雖然現(xiàn)場測試結(jié)果已經(jīng)體現(xiàn)出令人振奮的改進，特別是在下行鏈路吞吐量方面，但性能始終低于預(yù)期。

此外，功耗、覆蓋和成本等其他問題也亟需解決。除此之外，對于處在蜂窩邊緣的 UE 來說，上行鏈路的性能一直欠佳。

運營商和系統(tǒng) OEM 廠商已從第一階段的 5G NR 部署中學(xué)習(xí)到寶貴經(jīng)驗，正在對新一代 5G NR 系統(tǒng)設(shè)計進行多項改進，以解決這些問題。

調(diào)度器（ MAC 層）和波束成形（低 PHY ）間的跨層協(xié)同優(yōu)化、為實現(xiàn)更優(yōu)異的波束成形管理而開展的功能劃分改進、機器學(xué)習(xí)（ ML ）算法的大量應(yīng)用是一些主要的研究和實施領(lǐng)域。

采用更高效的氮化鎵功率放大器、改進功率放大器線性化算法、集成數(shù)據(jù)處理和 ADC/DAC 功能，是降低 5G NR 大規(guī)模 MIMO 天線板功耗與成本的主要發(fā)展方向。

必須明確的是，我們?nèi)匀惶幱?5G NR 商業(yè)推廣的早期階段。增強型移動寬帶是滿足移動網(wǎng)絡(luò)中快速增長的帶寬需求的主要應(yīng)用場景。立足于顛覆性基于微服務(wù)的 5G 核心網(wǎng)架構(gòu)并不在目前的部署范疇中。

隨著 5G 部署從非獨立組網(wǎng)模式（錨定在 LTE 上以獲取控制信令）向獨立組網(wǎng)模式過渡，我們將目睹基于微服務(wù)的 5G 核心網(wǎng)逐步成形。向 5G 核心網(wǎng)的轉(zhuǎn)型將加快新應(yīng)用和新應(yīng)用場景的興起。

這場轉(zhuǎn)型反過來也將相應(yīng)地在時延、吞吐量和可靠性方面對 5G NR 基站提出進一步的要求。5G NR 基站的安裝基礎(chǔ)能否適應(yīng)未來 3-5 年的新興要求，對部署新服務(wù)來說至關(guān)重要。

不斷變化的運營商需求

毫無疑問，隨著更多的運營商計劃部署 5G，新一代 5G 設(shè)備的要求也會隨之發(fā)展演進。占用帶寬將從 100MHz 的典型系統(tǒng)帶寬倍增至 200MHz。

此外，載頻數(shù)和載頻組合數(shù)也在增加。而且對于 6GHz 以下的無線電來說，數(shù)字前端的目標(biāo)帶寬要高得多。

新一代 5G 系統(tǒng)對于中頻段或 C 頻段的典型帶寬要求是 400MHz 瞬時帶寬，其中占用帶寬為 200MHz。這樣多家運營商就可以共享設(shè)備，減少系統(tǒng) SKU，從而滿足不同國家的客戶需求。

對于寬帶無線電，業(yè)界也正在考慮使用新型功率放大器技術(shù)，尤其是氮化鎵功率放大器技術(shù)，以進一步將功耗降低 5-10%。

這些系統(tǒng)的線性化或數(shù)字預(yù)失真將更加復(fù)雜，需要大量的計算。在實現(xiàn)這些改進的過程中，保持每 MHz 頻譜功耗水平不變是必備要求。

將 5G 潛力發(fā)揮到極致水平

對于正在構(gòu)建 5G 網(wǎng)絡(luò)的運營商而言，低于 6GHz 的中頻段以波束成形為中心的 5G NR 大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)可以提供更高的蜂窩容量，并具備獨特能力將容量指向最需要的地方。

低頻段的宏站擁有優(yōu)異的覆蓋特性。對于提供大規(guī)模、高性能、低成本的服務(wù)投放來說，由良好協(xié)調(diào)的低于 6GHz 的高容量大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)和大覆蓋面積低頻段宏站共同構(gòu)成的移動網(wǎng)絡(luò)將是一種理想組合。

為了將網(wǎng)絡(luò)潛力發(fā)揮到極致水平，5G 基帶系統(tǒng)需要借助 AI/ML 算法實現(xiàn)智能化，使無線電以良好協(xié)調(diào)的方式工作，最大化每個無線電節(jié)點的性能，同時高效地均衡這些節(jié)點之間的負載流量。

此外，除了在低于 6GHz 的網(wǎng)絡(luò)上部署以外，5G 毫米波無線電還可以部署在需要高容量且無線電環(huán)境非常適合毫米波傳輸?shù)奈恢蒙稀?/p>

5G 毫米波無線電處于早期試用階段，在世界上某些地方已有部署。這項技術(shù)有望在未來幾年內(nèi)得到改進，屆時將能夠在移動網(wǎng)絡(luò)中的多個站點提供最低成本的數(shù)據(jù)容量。

關(guān)鍵在于，由于 5G 核心網(wǎng)的部署蓄勢待發(fā)，眾多新的服務(wù)和相關(guān)要求也將在未來幾年涌現(xiàn)出來。

擁有靈活應(yīng)變的無線電和基帶系統(tǒng)來適應(yīng)未來需求是至關(guān)重要的，這樣才能保持和最大化資本支出（ CAPEX ）回報，同時把握未來 5G 服務(wù)所創(chuàng)造的收益流。

推動新一代 5G 網(wǎng)絡(luò)向前發(fā)展

隨著業(yè)界將目光投向新一代 5G 網(wǎng)絡(luò)，需要的是基于標(biāo)準(zhǔn)、高度靈活的解決方案，能夠?qū)④浖?a target="_blank">編程能力、實時處理、硬件優(yōu)化和任意連接與安全性相結(jié)合。

這樣的解決方案將幫助無線系統(tǒng)廠商快速設(shè)計、創(chuàng)新和差異化他們的解決方案，輕松實現(xiàn)現(xiàn)場升級，并提供顯著的 TTM 優(yōu)勢。

對自適應(yīng)計算的迫切需求

隨著 5G 基礎(chǔ)設(shè)施的要求與行業(yè)規(guī)范仍在不斷演進發(fā)展，業(yè)界對自適應(yīng)計算產(chǎn)生了非常迫切的需求。

賽靈思 7nm Versal 自適應(yīng)計算加速平臺（ ACAP ）是一種新型異構(gòu)計算器件，專為滿足新一代 5G 設(shè)備的要求而精心設(shè)計。

這是一種高度集成的多核異構(gòu)計算平臺，將在 5G 部署中發(fā)揮核心作用，并負責(zé)完成復(fù)雜的實時信號處理，其中包括用于提高網(wǎng)絡(luò)容量的先進波束成形算法。

5G 要求使用波束成形技術(shù)。這需要高計算密度與先進的高速連接（片上和片外）才能滿足 5G 的低時延要求。

不僅如此，不同的系統(tǒng)功能劃分和算法實現(xiàn)方案也會帶來大量的處理性能與計算精度的需求。傳統(tǒng) FPGA 面臨的最大挑戰(zhàn)在于，如何良好地滿足這一需求，同時又能解決散熱問題并克服系統(tǒng)占用空間約束。

Versal ACAP 能夠在低功耗下提供優(yōu)異的計算密度，從而完成波束成形算法需要的實時、低時延信號處理。

AI 引擎是 Versal AI Core 系列的組成部分，是實現(xiàn)所需的數(shù)學(xué)功能的理想方案，不僅提供了高計算密度、先進連接，而且還能夠進行重新編程與重新配置（即使在部署之后）。

未來的 5G 網(wǎng)絡(luò)

展望未來，5G 網(wǎng)絡(luò)需要更具可擴展性、更加智能化和異構(gòu)化。

分布式小蜂窩、搭載數(shù)百天線的大規(guī)模 MIMO、通過 CloudRAN 實現(xiàn)的集中式基帶處理等技術(shù)將有力地提高覆蓋和數(shù)據(jù)吞吐量。網(wǎng)絡(luò)將需要通過回傳和光前傳安全地連接以執(zhí)行處理。

與此同時，為了確保 5G 能夠真正發(fā)揮自身潛力，運營商和無線基礎(chǔ)設(shè)施制造商需要借技術(shù)之力解決容量、連接和性能難題，靈活地支持多種標(biāo)準(zhǔn)、多個頻段和多個子網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多樣化的 5G 用例和應(yīng)用。